基于化学史的问题链教学设计

郑蕾

摘要：以高一《化学1》新课“氯气的生产原理”为例，从氯气的实验室制法、氯气的工业制法、氯气的应用三方面，基于化学史料，引导学生感受科学家的研究思路，采用问题链形式驱动课堂进展，帮助学生分析掌握本课相关知识，以增强课堂趣味性、内容性、学科性，提升学生分析问题、解决问题的能力。

关键词：化学史；问题链；氯气的生产原理；教学设计

文章编号：1008-0546（2017）02-0054-04 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.02.017

在教学过程中，教师通过创设科学、合理、逻辑性较强的问题链，帮助学生不断解决问题、促进认知，培养积极思维的习惯。结合化学史，从中提取问题，真实地展现科学家当年所面临的问题，不仅能够带领学生进入真实的问题解决情境，更能帮助学到还原当时科学家研究问题时的思路和方法，真实地感受到问题解决的思维历程。

一、教材分析

《化学1》专题2中所涉及的元素和物质均较为典型，注重贴近生活、结合实际，试图通过海水资源来使元素及其化合物的知识与社会实际相结合，与化学学科发展的新知识、新发现、新方法相结合，并加深学生对“绿色化学”、可持续发展的关注。

专题2第一单元总共包括4课时内容：氯气的生产原理、氯气的性质、氧化还原反应及溴、碘的提取，其中“氯气的生产原理”为第一课。教材内容以新课程标准为编写依据，以遵循学生的认知规律、培养学生热爱科学的情感为前提，紧扣海水资源这一线索，注重从工业生产实际出发，采用图片、实验等形式引出工业制备氯气的方法及原理；穿插介绍化学史的内容，使学生认识科学的研究过程、学习科学方法、培养科学态度。本课内容中关于工业制氯气的学习有助于后续溴、碘提取方法的理解和掌握，氯气的实验室制取是学生在高中阶段学习实验室制气体的开端。因而本课内容的教学旨在完成培养学生的实验素养、实验操作技能，以及分析问题、解决问题能力的教学任务。

二、学情分析

教学对象为高一年级学生。通过《化学1》专题1的学习，已初步掌握研究化学物质的基本思路和方法，初步养成从宏观到微观、从现象到本质的思维习惯，这些为本课的学习奠定必要基础。通过本课的学习，学生在获取相关化学知识和实验研究技能的同时，形成利用自然资源需要化学科学的发展的认识，也为后续的学习提供帮助。

由此，确定本课时教学重难点为：从海水中获取氯气的原理和方法、实验室制取氯气的原理和方法、实验装置的连接顺序和作用。

三、教学目标

1. 知识与技能

（1）了解从海水中获取氯的原理和方法，正确书写对应的化学方程式；

（2）了解实验室用二氧化锰和浓盐酸制取氯气的原理和方法，正确书写对应的化学方程式；

（3）能根据电解饱和食盐水实验的现象，判断阴、阳两极的产物；

（4）能用恰当的化学语言表达检查装置气密性的方法。

2. 过程与方法

（1）通过观察、分析实验过程，形成化学实验操作的基本技能，初步了解实验室用固体、液体物质制取气体的方法；

（2）通过观察实验装置，了解各装置的连接顺序及作用；

（3）通过阅读相关化学史的内容，自主获悉相关化学知识，提高分析、解决问题的能力。

3. 情感态度与价值观

（1）结合生活，认识到海水是人类的宝贵资源，培养热爱和保护大自然的情感；

（2）借助化学史，感悟科学家严谨治学的态度，体会实验法在研究化学物质中的重要性。

四、问题链设计

五、教学过程

1. 以海洋为家乡的元素——氯

[图文]宁海，是一方安乐、祥和、美丽的土地，是我们的家乡。在宁海的东面是美丽的海洋，浩瀚的大海蕴含无数的宝藏，有80多种元素以海洋为家乡。其中氯元素的含量不可小觑。可以看出，在茫茫大海的每一次波涛起伏里，每一滴海水都含有相当多的氯化物。

由于氯气在人们的生产生活中发挥着巨大的作用，因而众多科学家花费精力研究如何从自然界中获取氯。今天，就让我们穿越时空，与科学家一起“氯”行。

[生]面带笑容，有学习兴趣。

2. 乘着“化学史列车”“氯”行

第一站：古代，炼金术士

[化学史料1]古代炼金术士们在实验室里发现加热浓盐酸与浓硝酸的混合液时，会产生一种刺激性很强的烟雾。但他们当时一心只为炼金，并不知道这种烟雾就是氯气。

[师]炼金术士们错过了发现氯的机会，很可惜，但至少可以说，他们最早接触了氯。

[生]感叹惋惜。

第二站：1774年，舍勒

[化学史料2]我在一家药房任药剂师，并从事大量的实验研究工作。1774年，一個偶然的机会我将软锰矿（MnO2）与浓盐酸混合加热时，产生了一种黄绿色的气体，该气体强烈的刺激性气味令我的肺部十分难受。我对它产生了浓厚的兴趣，仔细研究了这种气体后，我发现：它能溶于水，其水溶液略显酸性，且对纸张、蔬菜和花都具有永久性的漂白作用；它还能和金属发生化学反应。

[师]俗话说：无心插柳柳成荫，舍勒在实验室中偶然制得氯气，而这种方法就是我们现在实验室制取氯气的方法。请大家思考下列问题：

[问题链1]目标问题：实验室制取氯气的原理和方法

具体问题：

问题1：“将软锰矿（MnO2）与浓盐酸混合加热”，制取氯气选取怎样的发生装置？

问题2：“它能溶于水”，选取怎样的收集装置？

问题3：“该气体强烈的刺激性气味令我的肺部十分难受”“其水溶液略显酸性”，如何设计合适的尾气处理装置？

[设计意图]化学家实验探求到化学现象之美，能够激发化学家强烈激情与灵感的事物，同样也可以使学生产生探索之情。通过学生自主阅读、分析化学史料，借助三个具体的问题组成问题链1，引导学生对实验室制取氯气的组成装置、所用仪器进行思考，选择和设计，强化实验基本知识和基本技能。同时，针对实验原理、装置完整性及物质性质，结合适当的“科学家提示”，由定性到定量，由简单到复杂，帮助学生进行深入思考，设计具体问题如下：

问题4：在实际操作过程中含4mol HCl的浓盐酸能否制得1mol氯气？

问题5：若用排液法收集氯气，可否选择排水法？什么溶液合适呢？

[科学家提示]氯气能溶于水（1∶2），难溶于饱和食盐水。

问题6：教科书中，制取氯气的实验装置完整吗？若否，有何欠缺之处？如何改进？

[科学家提示]HCl易溶于饱和食盐水，且HCl和氯气均能与NaOH溶液反应，生成可溶于水的物质。

问题7：在实验制取氯气之前，如何检查这套装置的气密性？

[生]思考问题并积极回答，有些基础扎实的孩子能很快给出问题6的回答。

[视频]实验室制取氯气

[生]兴趣高涨，认真观看。

[设计意图]提出问题7之后再播放事先录制的实验视频，激发学生学习兴趣，结合具体实验操作及实验现象讲解此类装置气密性的检查方法，并帮助学生进一步掌握实验室制取氯气的原理、方法、实验操作等化学知识。

第三站：1810年，戴维

[化学史料3]从1774年舍勒发现氯气以后，这种气体的性质先后经过了贝托霍、拉瓦锡、盖·吕萨克、贝采里乌斯等人的研究，他们都认为这种气体是化合物，而我认为它只是一种单质。后来经过大量的实验研究，我终于有力地证明了自己的观点。1810年，我发表论说，将这种气体命名为氯气（Chlorine），希腊文意为“绿色的”。

[师]从1774年舍勒发现氯气，到1810年总共经历了整整36年。这漫长曲折的历史中，科学家们对氯气的认识在不断批判中得以完善，戴维最终确认氯气是一种单质并将其命名，氯元素的符号是Cl。在19世纪，科学家们把较大精力花费在研究大规模生产氯气的方法上。

[生] 感叹，体会到要站在巨人肩膀上才看得更远，要敢于质疑，相信自己。

第四站：1833年，法拉第

[化学史料4]1813年，我从老师处首先接到的任务就是制备氯气，这种有毒气体在制备时易发生爆炸，因此我小心谨慎地进行了大量实验。1833年，终于用电解法制出了氯气！我发现当将电流作用于氯化钠溶液时，也就是电解氯化钠溶液时，就获得了氯气。1851年，我获得了一份包括氯气、氢氧化钠的生产方法的专利。多么振奋人心！

[师]自然界没有大量的浓盐酸存在，并且仅用实验室制法没有办法满足工业上对氯气的大量需求，而法拉第的电解法为工业制氯气创造了可能。我们来模拟一下工业制取氯气的操作。

[生]面带笑容，原来法拉第和化学也有关系。

[演示实验]电解饱和食盐水

[问题链2]目标问题：工业制取氯气的原理和方法

具体问题：

问题1：“将电流作用于氯化钠溶液”的实验装置是怎样的？

[师] 观察这一实验装置，U形管中盛放着饱和NaCl溶液，两端分别插入一个电极，与外接电源相连接。我们将与电源负极相连的电极称为阴极，与电源正极相连的电极称为阳极。

问题2：阴极和阳极分别观察到怎样的现象？

问题3：哪极产生的气体是氯气呢？如何证明？

[科学家提示]氯气能发生反应：Cl2+2KI2KCl+I2，故氯气能使湿润的淀粉KI试纸变蓝。

问题4：阴极也产生大量气泡，可能是什么气体呢？

问题5：根据氧化还原反应的本质，Cl-失去电子，化合价升高，生成Cl2，则另一个得到电子的元素是氢还是氧？

问题6：如何检验H2？

[生]对化学实验特别感兴趣，认真观察，积极思考。思维灵活的学生对于问题4、问题5的解答比较不错。

[设计意图] 根据电解饱和食盐水的实验现象判断两极产物，是课标对学生的要求，但不要求从电解原理的角度深入讲解，为帮助学生理解并加强分析思考问题的能力，从氧化还原反应本质的角度引发学生思考。问题5为问题4 的解决提供了思维台阶，以完成其中一个教学重难点的突破。检验氯气、氢气是高中阶段重要的气体检验的知识点，借助具体的实验现象，结合恰当的文字描述，使学生能掌握。

[师]溶液中的Cl-失电子产生Cl2，H2O中的H+得电子产生了H2，此时，溶液中存在大量的Na+和OH-。

问题7：OH-会聚集在阳极还是阴极呢？如何证明？

[演示实验]向阴阳两极分别滴加2～3滴酚酞试液。

[师]由实验现象和问题解决后，我们可以得出工业制取氯气的反应原理，其中Cl2是阳极产物，H2和NaOH是阴极产物。

问题8：结合之前实验室制氯气的相关知识，阳极端不断产生的Cl2需要做什么处理？

[生]用NaOH溶液进行吸收，防止污染环境。

第五站：1929年，氯碱工业

[化学史料5]我国的氯碱工业开始于20世纪20年代末， 爱国实业家吴蕴初在1929年创办了我国第一家氯碱厂。 1949年新中国成立后，氯碱工业技术不断发展，跨入了一个新阶段。以氯碱工业为基础的化工生产及产品在人民生产生活中具有广泛的应用。

[师]其实一开始，电解法制氯气的规模很小，到19世纪90年代，有了较好的直流发电机，工业制氯的技术得到大规模发展，也为氯碱工业奠定了坚实的基础。

3. 研究未止，“氯”行延续

[图片]“氯”行坐标轴。

[师]至此，我们乘着“化学史列车”，沿着科学家们的脚步，终于揭开了氯气的神秘面纱。站在巨人的肩膀上，我们领略科学发现的奥秘与艰辛，体会化学实验的美妙与神奇。

氯气令众多的科学家为之好奇，纷纷展开研究。那么氯气究竟具有哪些性质？它的水溶液为何具有漂白性？它又为什么能在我们的生产生活中大有用途呢？让我们下次课继续研究，继续“氯”行！

[生]旅行就这样结束啦？（学生仍有浓厚的兴趣）

[设计意图]化学与生活紧密联系，由制法过渡到应用，既与课堂之始的氯气是重要的工业原料相呼应，也使学生感受到科技的力量、化学的魅力。本课的知识点已经学习，但并不是终结，也为后续课程创设悬疑，维持学生学习的兴趣。

六、反思提炼

学习总是从问题开始，問题总是与学习伴行，所有问题的解决必定以对问题存在的认识开始。如何促进学生的有效思考并增强化学课的魅力？这是在教学工作中经常思考的问题。

为什么学生要学习氯气？为什么教材编排的顺序是从工业生产引入具体内容？苏教版《化学1》专题1的名称是“化学家眼中的物质世界”，专题2是“从海水中获得的化学物质”，有何用意？笔者认为是要学生能学着像个小科学家一样去研究化学物质，去感受化学家们当时的心境。因此，借助化学史、设置合理的问题链进行教学，考虑学生的最近发展区，有助于激发学生的学习兴趣，使学生在学习和掌握具体化学科学知识的同时，不断接受科学方法熏陶，潜移默化地培养科学的思维模式。

参考文献

[1] 邹正.新课程高中教师手册（化学）[M].南京：南京大学出版社，2012

[2] 孙影，刘丽，毕毕林.化学史教育中的认知维度价值评析[J].中学化学教与学，2015（4）：7

[3] 林新珠.让化学史在化学课堂中焕发出独特的魅力[J]. 福建教育学院学报，2013（2）：49

[4] 胡惠芳，包朝龙.用递进式问题链驱动化学课堂的互动——以高三复习课“电解原理”为例[J].中学化学教与学，2016（2）：13